해양 부유식 구조물의 계류시설에 대한 연구는 다양한 계류 시스템의 개발과 그 효율성에 대해 지 속적으로 연구되어 왔다. 계류 시스템은 구조물의 안전성, 내구성, 그리고 환경적인 책임을 모두 고려 해야하는 복합적인 설계 요소이다. 기존 계류바익은 해저지반의 특성에 크게 의존하며, 넓은 점유 면 적으로 인해 해양환경과 활동에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 이러한 기존 계류시스템의 한계와 문제 점에 대응하기 위해, 본 연구에서는 새로운 계류시스템을 제안하고자 한다. 제안된 계류시스템은 계류 선이 해저지반에 고정되지 않고 중력식 기초 구조물을 거쳐 중간부력재에 연결된다. 중간 부력재는 상 시 과잉 부력상태로 상향력이 작용하며, 이로인해 계류선에 초기장력이 유도되며 전체 시스템에 강성 을 도입한다. 전체적으로 Semi-taut과 유사한 방식으로 계류 장력 변화에 따른 상단 플랫폼의 운동 제어와, 중간 부력재와의 상호연계 거동효과로 추가적인 동적 응답 저감이 기대된다. 본 연구에서는 제안된 신형식 계류시스템의 역학적 거동특성을 수치해석적으로 구현하고 파랑에 대한 Catenary system 대비 운동 저감 성능을 검증하였다.

항만 내 선박과 부두의 사고를 예방하기 위하여 통항 및 접안 안전성 평가를 통하여 안전한 부두가 건설되어 관리하고 있으나, 선 박의 접안 및 계류 과정에서 선박이 부두에 충돌하거나 로프로 인한 인명사고의 발생 등 예측할 수 없는 사고들이 종종 발생한다. 자동계류장 치는 선박의 신속하고 안전한 계류를 위한 자동화된 시스템으로 로봇 매니퓰레이터와 흡착 패드로 구성된 탈/부착 메커니즘을 가지고 있다. 본 논문은 자동계류장치의 흡착 패드의 위치 및 속도제어에 필요한 선체와의 변위 및 속도 측정 시스템을 다룬다. 자동계류장치에 적합한 측 정 시스템을 설계하기 위하여, 본 논문은 우선 센서의 성능 및 실외 환경적 특성 분석을 수행한다. 다음으로 이러한 분석 결과를 토대로 실외 부두환경에서 설치되는 자동계류장치에 적합한 변위 및 속도 측정시스템의 구성 및 설계 방법에 대해 기술한다. 또한 센서의 측정상태 감지 및 속도 추정을 위한 알고리즘을 제시한다. 제안된 방법은 다양한 속도 구간에서의 변위 및 속도 측정 실험을 통해 그 유용성을 검증한다.

대다수의 부유식 해양플랜트는 위치 유지의 방법으로서 체인 계류 시스템을 사용하나, 그 설계 변경 과정은 논문으로 찾아보 기 힘들다. 본 연구는 FLBT를 대상 해양플랜트로 선정하여 계류 초기설계안과 모형시험을 수치해석으로 분석하고, 변경된 설계조건에 따 라 새로운 계류 설계안을 제시하였다. 주된 환경 방향에 따라 계류선 묶음(bundle)의 주 방향을 조절하는 것이 계류 설계하중 감소에 크게 유효했다. 터렛 계류된 해양플랜트라도 횡파에 노출되며, 횡파 중 운동 때문에 높은 계류 인장력이 발생했다. 일치된 환경 방향 조건은 설 계조건이 될 수 없으며, 바람, 파도, 조류의 각 환경 방향이 복잡한 조건에서 설계 계류 하중이 발생했다. 횡요 운동이 계류 인장력에 미치 는 영향이 큼으로 적절한 횡요 감쇠 계수를 계류해석에 적용하는 것이 중요하다.

본 논문은 자동계류 장치에 설치하여 선박의 접안 상황을 검출할 수 있는 시각 센서의 개발에 대하여 논하고 있다. 선박의 접 안 시 사고방지를 위해 선박의 속도를 통제하고 위치를 확인하고 있음에도 불구하고 부두에서의 선박 충돌사고는 매년 발생하고 있으며, 이로 인한 경제적, 환경적 피해가 매우 크다. 따라서 부두에 접안하는 선박에 대한 안전성 확보를 위해 선박의 위치 및 속도 정보를 신속 하게 확보할 수 있는 시각 시스템의 개발은 중요하다. 이에 본 연구에서는 선박의 접안 시 사람과 유사하게 영상을 통해 접안하는 선박을 관찰하고, 주변 환경에 따른 선박의 접안 상태를 적절하게 확인할 수 있는 시각센서를 개발하였다. 먼저, 개발하고자 하는 시각 센서의 적 정성을 확보하기 위해 기존 센서로부터 제공되는 정보, 감지 범위, 실시간성, 정확도 및 정밀도 측면에서 센서 특성을 분석하였다. 이러한 분석 자료를 바탕으로 LiDAR형태의 3D시각 시스템의 개념 설계, 구동메커니즘 설계 및 모션 구동부의 힘과 위치 제어기 설계 등을 수행 하여 대상물의 정보를 실시간으로 획득할 수 있는 3D 시각 모듈을 개발하였다. 최종적으로 시스템 구동을 위한 제어 시스템의 성능평가 와 스캔 속도에 대한 성능을 분석하였고, 실험을 통해 개발된 시스템의 유용성을 확인할 수 있었다.

본 논문에서는 바람, 파도, 조류 등의 큰 외란조건에서 선박계류시스템의 계류안정성 확보를 위한 동적제어기 설계를 연구하였다. 선박계류시스템의 비선형 동요를 억제하기 위해 슈퍼트위스팅 알고리즘(STA)을 포함한 슬라이딩 모드 제어(SMC) 기법이 적용되었다. 외란이나 파라미터의 불확실성에 대한 강인성의 장점에도 불구하고, 채터링은 슬라이딩 모드 제어기를 적용하는데 주요 단점이 되고 있다. 1차계 SMC는 정확히 제어 목표치에 수렴 하도록 정밀한 제어는 가능하나, 채터링과 같은 파괴적인 현상과 연계되어 적용에 주요한 장애가 된다. 대신에, STA는 큰 외란에도 불구하고 비교적 높은 정확도를 보이며 채터링 현상을 완전히 제거한다. 1차계 슬라이딩 모드 제어기의 채터링 문제를 피할 수 있는 STA기반의 SMC는 비선형 계류시스템의 동적제어를 위한 아주 효과적인 수단으로 판단된다. 아울러, STA로 제어된 선박계류시스템의 위치오차 궤적은 경계 구역 내에서 형성된다. 끝으로, 슬라이딩 표면과 위치궤적의 오차결과를 통해 STA의 이득제어 효과도 관측할 수 있다.

본 연구는 두점식 선박 계류시스템의 종방향 외력에 대한 비선형 동적거동 해석을 수행하였다. 특정 입력 매개변수에 대한 카 오스 운동과 한계주기궤도 등의 비선형 거동의 특성을 연구하였다. 주로 비선형복원력은 계류시스템의 강한 비선형성과 동적거동의 다양 성을 제공한다. 계의 운동방정식 시뮬레이션에 사용된 수치 적분기는 4차 룽게쿠타법이다. 외력진폭과 주파수를 변화시킬 때 분기 그림 과 동적불안정 현상들을 볼 수 있다. 외력의 주파수(진동수)가 0.4 rad/s인 경우 수많은 혼돈상태 점들 사이에 주기창이라 불리는 안정적인 주기해가 관측된다. 주파수가 0.7 rad/s인 경우는 외력진폭이 1.0을 초과할 때 혼돈 영역이 갑자기 증가한다. 주파수가 1.0 rad/s인 경우는 주 파수가 0.4 rad/s 및 0.7 rad/s인 경우와 비교해 볼 때, 혼돈 운동이 약화된다. 아울러, 두점식 계류시스템은 각 매개변수에서 준주기 운동, 한 계주기궤도, 대칭성의 깨짐과 같은 다양한 정상상태의 궤적이 관측된다.

The sea cage in marine aquaculture might be varied such as on the stability and shape in the open sea by environmental factors. To evaluate the stability of net cage structures in the open sea, the physical and numerical modeling techniques were applied and compared with field observations. This study was carried out to analyse the stability and the volume loss which would have an effect on the fish swimming behavior in the octagonal pillar type fish cage under the open sea. As a results, the volume loss ratio of the fish cage as measured using a depth sensor was indicated a value of the 30.3% under the current velocity (1.1m/s). The fish cage should be consisted of a concrete block with a weight over 10 tons, a mooring rope diameter over 28mm PP, and a shackle of 25mm under the current speed of 1m/sec for reasonable stability.

최근 해양레저에 대한 관심이 높아지면서 요트의 이용과 구매에 대한 관심이 증가됨에 따라 수상 또는 해상의 부유식 구조물이 필요하게 되었으며, 이에 따라 부유식 구조물을 계류하는 방식으로 수중 지반에 커다란 중량 콘크리트 블록을 설치하고 계류삭을 어느 정도 느슨하게 연결하여 계류하는 방식을 사용하고 있다. 하지만 수위차가 나거나 흐름이 있는 곳에서는 부유식구조물 자체가 위치제어가 안되므로, 한곳에 일정하게 머물게 하기 위해서 긴장계류장치(tens

The expansion of near shore aquaculture is feasibility of moving aquaculture facilities into the open ocean. Numerical modeling technique using finite element method was used to enable the optimum design and evaluation of submersible aquaculture cage system. The characteristics of mooring loads response in mooring lines under waves and current and their response amplitude operators were calculated for single and three point mooring configuration at the surface condition and submerged one. The static mooring loads without wave and current loading were similar for both the surface and submerged configuration. It was calculated that three point mooring was more adequate than single point mooring for the mooring configuration of submersible aquaculture cage system. The wave induced response amplitude operators for the single point mooring configuration with the influence of currents were identical to those without the influence of currents.

해양계선시스템(offshore mooring system)의 거동을 구분적선형시스템(piecewise-linear system)을 이용하여 분석하였다. 계선시스템의 복원력을 유도하고 거기에 상응하는 근사치 구분적선형시스템의 복원력을 구하여 두 시스템의 복원력을 비교하였다. 다양한 파력 하에서의 계선시스템의 응답거동을 분석하였다. 시스템의 비선형정도 및 매개변수의 영향에 대하여 집중적으로 연구하였다. 시스템의 응답거동의 특성은 포인케어맵(Poincare map)을 통하여 확인하였다. 구분적선형시스템을 이용하여 분석한 결과, 계선시스템은 일반 조화, 열조화 및 복잡한 비선형거동인 chaos를 포함한 다양한 응답거동을 갖음을 알아냈다. 여러 값의 매개변수를 적용하여 시스템의 응답거동에 미치는 영향을 알아냈으며, 매개변수지도를 통하여 응답거동의 영역을 확인하였다.

하역장치가 장착된 모바일하버 선박은 새로운 해상운송시스템 개념으로, 특정 정박지에서 대형 컨테이너 선박에 계류하여 해상상태 3 이하 조건에서 신속하면서 효율적인 컨테이너 하역작업을 수행하는 것이다. 모바일하버와 관련한 주요 연구로는 고속하역시스템, 부유체 구조 설계, 안벽하역시스템 해석 및 작업크레인 설계 등의 원천기술 개발을 중심으로 수행되었다. 본 연구는 모바일하버 선박의 하역작업 중 동적안정성 확보를 위한 계류안정화시스템을 개발하고자 하는 것으로, 국내외 계류장치에 대한 현황 분석을 기초로 현재 선박에 탑재되어 있는 의장장치인 윈치시스템에 계류안정화 기능을 추가시킨 포지셔닝윈치를 개발하여 모선과의 상대운동을 최소화하는 방안에 대한 개념설계를 제안한다.

A new concept of ocean transport system, called mobile harbor, was introduced as a feasibility study in Korea in 2009. Target of the mobile harbor is a short distance transport of containers with or without cargo handling cranes. Although the mobile harbor project has a lot of topics to deal with, this paper is to focus on only ship-to-ship stabilized mooring, which plays a key role in cargo handling. The ship-to-ship stabilized mooring system was developed and installed on board a barge of LOA 32m and breadth 12m. The dockside tests as sea test were carried out so as to ascertain whether the systems can work well to control the barge’s motion. The results of dockside test showed that the heave motion of the barge's motion can be reduced by more than 45%.